石墨烯負(fù)載零價(jià)納米鐵去除水中重金屬的研究.pdf

1、水污染的主要來源包括無機(jī)及有機(jī)污染物，例如：營養(yǎng)鹽、重金屬及持久性有機(jī)污染物等。在這些污染物中，由于重金屬具有廣泛的來源、不可降解性及高毒性，被認(rèn)為是最重要的一類污染物。Pb和Cd毒性較大，且常被用于電池制造業(yè)、顏料、燃料、農(nóng)業(yè)、攝影材料及炸藥等，因此Pb和Cd污染的治理與修復(fù)至關(guān)重要。本研究通過化學(xué)沉積法制備還原氧化石墨烯負(fù)載零價(jià)納米鐵復(fù)合材料，并采用掃描電鏡、X射線衍射儀、拉曼光譜儀、氮?dú)馕?、X射線光電子能譜儀及傅里葉變換紅外光譜

2、儀等技術(shù)對其進(jìn)行表征。其次，應(yīng)用響應(yīng)面及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合遺傳算法模型對去除Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)（溫度、pH、初始濃度和反應(yīng)時(shí)間）進(jìn)行建模及優(yōu)化。通過比較神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的均方誤差來確定隱含層中神經(jīng)元個(gè)數(shù)。對比響應(yīng)面及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遺傳算法預(yù)測Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)去除率的精度選擇更適合的模型來模擬和優(yōu)化污染物的去除過程。另外，通過 Langmuir,Freundlich和Dubinin-Radushkevich(D-R)吸附等溫線

3、來定量評價(jià)還原氧化石墨烯負(fù)載零價(jià)納米鐵去除Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的過程，同時(shí)進(jìn)行了范德霍夫方程及動力學(xué)模型研究。最后，通過X射線光電子能譜分析來探討還原氧化石墨烯負(fù)載零價(jià)納米鐵去除Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)機(jī)理。
　　響應(yīng)面結(jié)果顯示Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)二次多項(xiàng)式模型的R2均大于0.99，表明實(shí)驗(yàn)值和預(yù)測值具有很好的相關(guān)性。通過響應(yīng)面預(yù)測了Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)去除實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)條件分別為：溫度為21.30℃,pH為5.00,初始濃度為4

4、00.00mg/L，反應(yīng)時(shí)間為60.00min；溫度為37.13℃，pH為7.00,初始濃度為20.00mg/L，反應(yīng)時(shí)間為30.00min。在此條件下可獲得Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的去除率分別為100.37％和85.2%，驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表明在最佳吸附條件下的Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的去除率分別為97.25%和80.36%。Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)響應(yīng)面模型的預(yù)測誤差分別為3.11%和6.47%。
　　對于Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

5、結(jié)合遺傳算法模型的最小均方誤差分別在隱含層神經(jīng)元個(gè)數(shù)為6個(gè)（0.000257）和4個(gè)（0.002461）時(shí)獲得，Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合遺傳算法模型的R2分別為0.9998和0.9999。優(yōu)化得到的最佳去除Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的工藝條件分別為：溫度為25.47℃,pH為5.00,濃度為410.16mg/L,時(shí)間為58.60min；溫度為25.31℃，pH為6.48,濃度為20.16mg/L,時(shí)間為30.00min,Pb(Ⅱ)

6、和Cd(Ⅱ)模型的預(yù)測及實(shí)驗(yàn)去除率分別為98.27%和98.63%，81.50%和82.38%。這兩個(gè)模型的預(yù)測誤差分別為0.37%和1.08%，由此可知響應(yīng)面模型的誤差均高于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的誤差，表明了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合遺傳算法的優(yōu)越性。本文實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合遺傳算法模型具有滿意的精度來模擬和預(yù)測重金屬去除過程。
　　吸附等溫線擬合實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，還原氧化石墨烯負(fù)載零價(jià)納米鐵去除Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的過程更符合Langmuir吸